JPH0374075A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、はんだ付は時等において、所定領域に熱を供
給するため高周波加熱装置に関するものである。

（従来の技術） フラットケーブルの導線等のＮ隔された導体を、回路基
板上の端子パッド等の基板上の離隔された端子パッドに
はんだ付けしなければならない時、一般にヒーターバー
と呼ばれる剛性抵抗要素を有する加熱装置によって行な
うことが通例である。

このヒーターバーは、それを通して電流を流すことによ
りジュール熱（Ｉ”Ｒ）効果によって加熱される。この
形式の装置を使用する際は、適切な治具またはワークホ
ルダによって導体を端子パッドに対して位置決めし、ヒ
ーターバーを導体に係合させて事前に導体または端子パ
ッドに付着されたはんだを溶かし、パッドに導体を接続
する。

（発明が解決しようとする課題） 種々の環境下で、上述形式の加熱装置が使用可能である
が、種々の理由により問題に遭遇する場合がある０例え
ば、ヒーターバーは、その全長にわたって加熱され、加
熱は、通常、バー状の適当な位置に置かれた１個のサー
モスタットによって制御される。バーの一部分が空気の
流れ等◆こよって他の部分よりも強く冷却された場合、
冷却された部分はバーの他の部分よりも低い温度になり
、バーの低温部分に接する導体のはんだ付けは満足に行
なえなくなる。また、バーが全長に渡って加熱されなけ
ればならないという事実は時として過熱の問題を引き起
こす、この過熱現象とは、はんだ付けの実行される場所
すなわちワイヤがはんだ付はバーと接触するところだけ
に熱が必要であるため、隣接するワイヤの間のはんだ付
はバ一部分が、接触部分よりも高い温度に熟せられてい
ることである。端子パッドが配置されている基板がバー
の中間部分の加熱効果に耐えられないならば、基板はヒ
ーターバーからの輻射熱によって損傷を受けることがあ
る。ヒーターバーが剛体部材であるという事実もまた問
題を引き起こす、この問題は、ヒーターバーが導体に対
して位置決めされるものであり、１つまたは複数の導体
の寸法がわずかに不足しているならば、ヒーターバーと
寸法不足の導体の間の良好な物理的接触が得られず、結
果的に寸法不足の導体に伝導される熱量を減少させるた
め、それが関連する端子パッドに正しくはんだ付けされ
ないということである。最後に、理想状態において、ヒ
ーターバーが短い直線上または接触点においてのみ導体
に接触し、伝熱がこの単一の点ないし線においてのみ生
じることである。

ヒーターと導体の境界面における熱伝導能力を改善する
ために、ヒーターの要素が個々の導体と接触する面積を
増加させることが望ましい。

本発明は、上述の問題を克服または極小化し、また以下
に説明する他の利点をもたらす高周波加熱装置（ヒータ
ーバーアセンブリ〉を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するため本発明による高周波加熱装置
は、 細長い絶縁層の長手方向の両面に折り曲げ形成された磁
性導電層及び非磁性導電層のｆ！層体を有し、該積層体
を前記絶縁層の長手方向に略Ｕ字状に折り曲げてヒータ
ーユニットとし、絶縁支持部材の端部に保持するように
に構成されている。

（作用〉 本発明を実施して連成された改善結果は、ヒーターバー
要素中に特定の態様で支持され、はんだ付は装置に組み
込まれたバイメタル式自己調ｌｉ型キュリー効果ヒータ
を使用することによって得られる。ここで用いた用語「
バイメタル式自己調整型キュリー効果ヒーター」は、日
本国特許願第５８−５０１０６２号明細書及び第５９−
９０３８０号明細書に記載された加熱装置の形式を指す
、この形式のヒーターは所定のキュリー点を持つ磁性材
料と非磁性材料とで構成される。高周波電流がヒーター
を通過すると、ヒーターの磁性部分における表皮効果の
結果として電流が集中し、その部分はキュリー温度まで
急速に加熱される。キュリー温度では材料の透磁率が急
激に低下するため、キュリー温度を大きく超えて温度が
上昇することはない、この加熱装置から熱を取り出すと
、温度がキュリー温度以下に低下する場合もあり、この
とき磁性層の透磁率は高いレベルまで増加する。この場
合、表皮効果の結果として熱の発生率が増加するため、
ヒーターは自己調整を行なうことになる。

本発明の一実施例は、所定領域に熱を供給するためのヒ
ーターバーアセンブリから成る。ヒーターバーアセンブ
リは、絶縁支持部材とバイメタル式自己調整型キュリー
効果ヒーターとから戒っている。支持部材は、支持縁部
と支持縁部から延びる２つの主表面を持つ、ヒーターは
、相対的に導電率が高い非磁性層と、相対的に導電率が
低い磁性層とを有している。ヒーターには対向する端部
があり、両端部にヒータ一端子がある。ヒーターは、２
つ折りにされており、その折曲線は両端のほぼ中央にあ
るため、ヒータ一端子は互いに隣接する。それゆえ、折
り曲げられたヒーターは、ヒータ一端子から折曲線まで
延びる２つのほぼ平行に整合した部分でｍ戒される。２
つの部分の磁性表面は、互いに対向し近接した側にあり
、非磁性表面は互いに離隔し、反対方向を向いている。

絶縁材料は対向する磁性表面の間に載置される。ヒータ
ーば、折曲部分の一方の非磁性材料に対向する支持縁部
によって支持部材に固定される。この支持縁部は、端子
から折曲線まで延びており、また、もう一方の折曲部分
の非磁性材料は支持部材とは反対側に向いているので、
磁性材料は、高周波電流をヒーターに流すと、すぐに表
皮効果現象によりそのキュリー温度まで加熱され、その
温度に保たれる。ヒーターにはヒータ一端子から折曲線
まで延びる側縁部があり、これら側縁部は支持縁部から
支持部材の主表面上の途中まで横方向に延びている。ヒ
ーターは、２つの折曲部分の側縁部を支持部材の主表面
に締め付ける適切な締付具によって支持部材に固定され
る。

絶縁支持部材は、平行で反対方向を向いた２枚の主表面
を持つ板状の部材であることが好都合である。このとき
、支持縁部は板状の部材の縁部表面であり、主表面の間
にあって主表面に垂直である。

ヒーターバーアセンブリをはんだ付けに使用する時、支
持部材とは反対方向に面した折曲部分の非磁性材料に、
非磁性ステンレス鋼であることが好ましいステンレス鋼
等のはんだが付着しない材料で作られた被覆を施すこと
が好都合である。

本発明の好ましい実施例においては、高周波電源、イン
ピーダンス整合回路網、電力供給線、及び−回路網伝送
ラインはヒーターと組み合わされている。インピーダン
ス整合回路網は、ヒーターのインピーダンスを電源のイ
ンピーダンスと整合させる。インピーダンス整合回路網
はヒーターバーアセンブリに隣接してその一部となって
おり、ヒータ一端子は積層板と一体化し、且つそれから
延びる平らな耳状の部材から成る。インピーダンス整合
回路網からヒーターまで延びる回路網伝送ラインは、耳
状の部材を平面上で網状に構成したものから戒っている
が、この耳状部材はインピーダンス整合回路網からヒー
ターまで延び、ヒーターの耳状部材に対向して電気的に
も接続されている。

ヒーターバーアセンブリをはんだ付は操作に使用しよう
とする場合、ヒーターが支持部材の支持縁部に向かう方
向に多少弾性変形できるようにすることも望ましい、そ
の結果、はんだ付は操作中にヒーターを離隔した複数の
導体に対向させた時、ヒーターの導体に接する部分がわ
ずかに屈曲または変形して各導体の頂部に横に広がる円
弧状の面で各導体と接触し、そのため接触面積が増加し
、また各導体がヒーターバーと実際に物理的に接触する
ことを保証する。

上述のヒーターバーアセンブリは、フラットケーブルの
導体を基板上の離隔端子バッド等の第２の導体アレイに
はんだ付けするために使用される形式のはんだ付装置に
使用できる。この形式の装置は、ケーブルの導体を端子
バッドに対して保持するワークホルダ、上述のヒーター
バーアセンブリ及びヒーターを保持し、またヒーターを
導体上に移動する治具から成っている。端子パッドが配
置される基板とケーブルは、ケーブルの導体を端子パッ
ドに対して位置決めするもう一つのワークホルダまたは
治具に保持される。

他の実施例によれば、本発明は、離隔した平行の第１の
導体を離隔した第２の導体にはんだ付けする操作の実行
方法を改善することを目的とする。

この方法は、第１の導体の各々を第２の導体と整合し、
隣接する位置に位置決めする工程と、次に細長い自己調
整型キュリー効果ヒーターを第１の導体に対して位置決
めしてヒーターの付勢直後に第１の導体がヒーターのキ
ュリー温度まで選択的に加熱されるようにする工程から
成っている。融点がキュリー温度より低い適当なはんだ
合金がはんだ付は操作に使用される。

（実施例） 次に本発明について図面を参照しながら詳細に説明する
。

第１図はアダプター４の形状を持つ基板１０の上面１３
上の離隔端子バッド１２にはんだ付けされる導体６と絶
縁ジャケット８を有するケーブル２の端部を示す、第２
図に最も良く示されるように、端子バッド１２はひとつ
おきに共通接地１４につながる導体を持ち、それ以外の
端子バッド１２は基板上の導体１６によってより大きな
端子バッド１８に接続される。アダプター４は、相補的
な接続装置（図示せず）に装入されてケーブル２の導体
６を相補的な接続装置の端子と接続するものである。

導体６を端子パッド１２にはんだ付けする場合、導体６
が端子パッド１２に整合し、対向して位置決めされ、適
当なヒーターが導体と接触状態になることによってパッ
ド上に用意されたはんだが溶融し、はんだ付は操作が完
了する。はんだ付は操作は以下に説明するはんだ付は装
置に組み込まれたヒーターバーアセンブリを用いて実行
される。

第３図〜第８図において、ヒーターアセンブリ２０は、
ヒーターユニット２２、絶縁支持部材２４及び締付板２
６から成る。ヒーターユニット２２は、平らなブランク
材２２°　（第５図）から形成され、鉄−ニッケル合金
等を材料とする磁性層２８と磁性のない高導電率の材料
、好ましくは銅を材料とする非磁性層３０から成ってい
る。ヒーターアセンブリをはんだ付けに使用する場合、
使用予定のはんだ合金が付着しない被覆３２を非磁性層
３０の表面上に設けることが好都合である。

被覆３２は、例えば非磁性の適当なステンレス鋼または
耐熱プラスチックを材料とすれば良い、ブランク材２２
°は、端子として機能する横方向にのびた耳部３４及び
３６を端部に有し、相対的に幅の広い部分３８と相対的
に幅の狭い部分４０を持つ０幅広部分３８と幅狭部分４
０は、おのおの端部から中間の折曲線４１まで延びてい
るが、この折曲線４１は耳部３４及び３６の中間である
。

ブランク材２２°は、磁性層２８とはんだの付着しない
層３２を銅層３０の上にクラッドすることで製造される
。つまり、各層を重ね合わせて、熱と圧力とを印加する
ことにより層を接着する。

非磁性層の厚さは、通常約０．０５１ｍｍであり、磁性
層の厚さは、通常、約０．０１３ｍｍである。

以下に説明するカプトン（Ｋａｐｔｏｎ；ポリアミド）
の隔離板の厚さは、通常、約０．０２５ｍｍである。

第５図に示すように、ヒーターユニット２２は、カプト
ン薄膜等の絶縁材層４２を幅広部分３８の表面に被着す
ることによってブランク材２２°から形成される。その
後、幅狭部分は垂直の中間折曲線４１に沿って折り曲げ
られて、第８図に示すように耳部が互いに隣接しながら
逆の方向に伸びた形になる。そして、折り曲げられたヒ
ーターユニットは、支持部材２４上に置かれる。この支
持部材は、対面する平行主要面４４と面４４の垂直方向
に広がる下側の縁部表面４６を有している。

折り曲げられたヒーターユニットは、第３図に示すよう
にＵ字形に加工され、Ｕ字形の縁側部分が対面する主要
面４４の一部にかぶさる状態で支持部材上に配置される
。耳部３４及び３６は、この面に沿って縁側部分の上に
延びる。Ｕ字形のヒータ一部材は、面４４に対し締付部
材２６によって以下に説明する方法で締め付けられる。

これらの締付部材は、ジョーアセンブリに受は入れられ
る拡大上端部２７を有している。

第３図は横方向に延びる耳部４９を端部に持つ平行な離
隔板状導体４８の対を示す、これら板状の導体は横方向
に延びる耳部３６及び３４と重なり、耳部に対して締付
部材２６によって締め付けられることにより導体４８と
ヒーターの端子３４及び３６の間の電気的接続を達成す
る。導体４８は、以下に説明するようにインピーダンス
を整合させるため慎重に寸法を決定する。

第９図〜第１１図のはんだ付は装置５２は、上述のヒー
ターバーアセンブリが組み込まれ、基部５４、支柱５６
及び支柱上端で横方向に延びる腕５８から戒っている。

電動スライドアセンブリ６０が腕５８の端部に取り付け
られている。このスライドは、市販の標準型でよいため
、詳細に説明する必要はない０図のスライドは、米国、
インジアナ州のフォートウニイン　エアポート　アンド
　パイパー　ドライブのＰＨＤ　　インクから入手可能
なＴＳＯ３である。電動スライドアセンブリ６０は、ピ
ストンシリンダ６２、軸受ブロック６４及びクロスへラ
ド６８から戒る。ピストンシリンダ６２のシリンダは軸
受ブロック６４に固定され、ピストンパー６６は軸受ブ
ロックを貫通しており、その端部はクロスヘツドに固定
されている。案内バー７０はクロスヘツドから延びて軸
受ブロックを貫通している。

第１１図に最も良く示されるように、ヒーター２０を保
持するため、ジョーアセンブリ７２をピストンバーの端
部に設ける。このジョーアセンブリ７２は、固定ジョ一
部分７４と可動ジョ一部分７８から戒り、固定ジョ一部
分７４はクロスへ、ンドに締結装置７６によって固定さ
れている・可動ジョ一部分７８は、固定ジョ一部分に締
結装置８０によって調節可能に固定されており、２つの
ジョーの対向する面には締付板２６の拡大上端部２７を
受ける凹部８２がある。はんだ付は操作を実行するとき
に、クロスヘツドを下げる適当な制御装置が設けられお
り、それによって以下に説明するようにヒーターバーア
センブリが導体に対して位置決めされ、導体は基板上の
端子パッドに対向して保持される。

第９図に最も良く示されるように、基板（第９図には図
示せず）を保持し、また基板上の端子パッドに対してケ
ーブルの導体を位置決めするために治具８４を基部５４
−ヒに設ける。この治具は、基板に連結されるハウジン
グ（第１図には図示せず）用の凹部８８を設けた位置決
め板８６を持つ。

基板を正確１こ位置決めするため基板の穴１９を貫通ず
る位置決めピン９０を設ける。ケーブルは支持板９４と
調整ノブ９６とを有するケーブル締付部９２に締め付け
られる。この調整ノブ９６を用いて導体が端子パッドと
整合するようケーブルを横方向に移動することができる
。ケーブルは支持板９４に対して別の締付板（図示せず
〉により締め付けられる。治具８４は１００で示すピボ
ット止めされた適当な支持台に取り付けられているので
上方向に振ることができ、これによって作業者が容易に
治具上にケーブルを配置できるようにする。

第１２図はブロック図の形式で加熱装置の主要電気部品
を示す、主要電気部品は、電源１１０、ヒーター２２で
ある負荷、インピーダンス整合回路［４１０２、電源か
らインピーダンス整合回路網までの電力供給線１１２、
インピーダンス整合回路網からヒーターすなわち負荷ま
での伝送ライン４８である。すぐ後に説明するような理
由によって、本発明の重要な特徴は、ヒーターに直接隣
接するインピーダンス整合回路網１０２を設けたことで
あり、またインピーダンス整合回路網１０２とヒーター
の間の伝送線の役割を果たす、慎重に寸法の決定と設計
とを行なった短い導体４８を設けたことである。

電源１１０は、ヒーターのインピーダンスと比較して相
対的に高い出力インピーダンスを有している０例えば、
電源のインピーダンスを５０オームとし、ヒーターのイ
ンピーダンスを３オームとする。装置の動作を満足なも
のにするためには、ヒーターのインピーダンスが電源の
インピーダンスと一致しなければならない、しかし、ヒ
ーターは、まず第１に熱と寸法の要件を満たすよう設計
しなければならないため、電源と同じインピーダンスを
持つように設計することは不可能である。

そのため、負荷のインピーダンスを電源のインピーダン
スに整合させるためにインピーダンス整合回路網が必要
となる。平行の板状導体４８は、実際には、インピーダ
ンス整合回路網全体のインピーダンス特性に貢献すると
いうことからインピーダンス整合回路網の一部である。

これらの導体の長さは非常に短いことが好ましく、その
インピーダンス特性を念頭に置いて慎重に設計しなけれ
ばならない、また、これらの導体の間隔は慎重に制御し
なければならず、またこれらのインピーダンス特性が変
化しないように装置の動作中に間隔が変化してはならな
い。

上述の問題は、回路網１０２のハウジングをフッ−アセ
ンブリ上でヒーターに直接隣接して取り付けることと、
短い導体４８を設けることとによって解決される。この
短い導体４８は、剛体であるため、ヒーターが移動して
治具上のワークピースと係合し、また離れる時にも、回
路ｗ４１０２ハウジングと導体４８は相互の位置関係を
保っている。第９図及び第１０図に示すように、回路網
１０２のハウジングは、ブラケットと締結装置１０６に
よってクロスヘツド６８に固定され、導体４８上の耳部
４９は締結装置によってＬ字形の導体１０８に接続され
、Ｌ字形の導体１０８はインピーダンス整合回路網１０
２の端子に接続される、すべての部品が互いに固定した
位置関係にあり、装置の動作中も互いに相対運動するこ
とがないためインピーダンス特性が一定に保たれる。

第１３図及び第１４図は、キュリー温度以下の温度とキ
ュリー温度またはそれ以上の温度とにおけるキュリー式
ヒーター内部の電流の流れを示す。

キュリー温度以下の温度では、磁性層２８の透磁率が非
常に高く、表皮効果が働くため、電流は主に第１３図に
大矢印で示すように磁性層の中を流れる。磁性層の電気
抵抗が高いためジュール熱効果もそれ相応の高い値にな
り、ヒーターの温度を上昇させる。キュリー温度に到達
した時、透磁率が突然低下し、表皮の深さく電流が流れ
る範囲）が増加する。こうして第１４図に大矢印で示す
ように多くの電流が銅層３０の中を流れるようになる。

電流が出会う電気抵抗は銅層中を流れている結果として
減少し、ジュール熱効果も大きく減少する。この後、ヒ
ーターの温度が何らかの理由（例えば、以下に説明する
はんだ付は操作中にヒーターから熱が引き出された等）
によってキュリー温度以下に低下したならば、第１３図
の電流パターンが復活し、大量の熱が発生する。このよ
うにしてヒーターは自己調整する。

第１５図及び第１６図は本発明の応用例においてはんだ
付は位置に熱を供給する方法を例示する。

はんだは幅の狭いリボン１１４の形で供給され、基板と
端子バッド１２にまたがって広がる０次に、導体６がバ
ッド１２の上に置かれ、第１５図に示すようにヒーター
が導体に対して位置決めされる。

この図は、ヒーターが駆動された瞬間の電流の流れのパ
ターンを示す、ヒーターがキュリー温度に達した際には
、導体がヒーターがら熱を引き出し、導体、バッド及び
はんだがキュリー温度まで加熱される。はんだは、溶融
中に表面１３から逃げてフィレット１１６を形成する。

はんだが完全に溶融してフィレットを形成した後、キュ
リー温度での熱、平衡が成立する。そして、第１６図の
電流パターンが成立し、電流の大半が銅層３０中を流れ
るためジュール熱効果が減少する。基板に損傷を与える
可能性を伴う過熱現象はこのようなし−ターの自己調整
によって避けられる。

第１６図は、はんだ付は工程の最後の部分で起こり得る
状況を示す、第１６同右の導体６ａは完全にははんだ付
けされていないが、他の導体ははんだ付けが完了してい
ると仮定する。仮定に従えば、導体６ａはヒーターから
熱を引き出しつつあり、導体６ａ近傍のヒーターはまだ
キュリー温度に到達していない、そこで電流は導体６ａ
近傍の磁性層に集中し、この局所的な領域内でのジュー
ル熱効果は相対的に高い。

第１６図はまた、ヒーターと導体の間の物理的接触を改
善する方法を示す、ヒーターの表面は絶縁層４２が存在
するため多少弾性がある。ヒーターが導体に押し付けら
れた場合、ヒーターの表面は変形し、導体の表面に形を
合わせる。こうしてヒーターから導体への熱伝導に利用
できる境界面積が大きく増加した結果、熱伝導速度を高
め、その結果はんだ付は工程の完了に必要な時間を短縮
する。

以上の実施例において、離隔した平行な導体を基板上の
端子バッドにはんだ付けするためのはんだ付装置につい
て開示しているが、本発明は他の種々の環境のもとて使
用できることは明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によるヒーターアセンブリ
は、自己温度調節型ヒーターを用いているため、過熱に
伴う被加熱部周辺の熱破損の問題を解決できるだけでな
く、ヒーターは弾性変形可能としているので、被加熱部
形状との適合性が向上し、両者の接触面積が増大し、よ
り完全なはんだ付けが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基板上の端子パッドとフラットケーブルの導体
のはんだ付は部を示す斜視図、第２図は、はんだ付は前
のケーブルと基板の第１図と同様な斜視図、第３図は本
発明によるヒーターアセンブリの基本部の分解斜視図、
第４図はヒーターアセンブリのヒーターユニットの斜視
図、第５図はヒ−ターユニットのブランク材を示す平面
図、第６図及び第７図は第５図の矢印６−６及び７−７
から見た図、第８図は第５図のブランク材を折り曲げた
ときの平面図、第９図は本発明の一応用例のはんだ付は
装置の斜視図、第１０図は第９図の装置の正面図、第１
１図は第１０図の線１１−１１に沿う断面図、第１２図
はヒーターの電気構成ブロック図、第１３図及び第１４
図はキューリー効巣型ヒーターの電流分布を示す図、第
１５図及び第１６図は本発明の詳細な説明するための理
想的電流分布を熱伝達を示す図である。 ２０・・・高周波加熱装置、 ２２・・・ヒーターユニット、 ２４・・・絶縁支持部材、 ２８・・・磁性導電層、 ３０・・・非磁性導電層、 ４２・・・絶縁層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 細長い絶縁層の長手方向の両面に折り曲げ形成された磁
   性導電層及び非磁性導電層の積層体を有し、該積層体を
   前記絶縁層の長手方向に略Ｕ字状に折り曲げてヒーター
   ユニットとし、絶縁支持部材の端部に保持することを特
   徴とする高周波加熱装置。